IV型胶原蛋白在肿瘤发生发展中的功能与机制研究

Type IV collagen, as a major component of extracellular matrix, plays critical roles in tumor progression and metastasis. The majority of current research has focused on the major type IV collagen (α1.α1.α2). The functional role of minor type IV collagen (α3.α4.α5 and α5.α5.α6) in tumor progression and metastasis remains largely unclear. In the present project, we will utilize Col4a5 knockout mice and lung cancer mouse model, as well as biochemistry and cell biology approaches, to investigate whether and how minor type IV regulates lung cancer progression and metastasis. We will also illustrate the functional roles of minor type IV collagen produced by tumor cells or endothelial cells in cancer progression and metastasis, as well as the key signaling molecules and signaling events downstream of minor type IV collagen α5 chain. We will further investigate the molecular mechanisms how minor type IV collagen α5 chain regulates the stability of non-integrin collagen receptor DDR1, and identify the ubiqutin E3 ligase responsible for DDR1 ubiquitination. We will map the binding epitope in the minor type IV collagen α5 chain to DDR1 receptor. We will generate specific functional blocking antibody recognizing the binding epitope, and investigate if the functional blocking antibody could be applied to anti-tumor therapy.

IV型胶原蛋白作为细胞外基质的重要组成，在恶性肿瘤发展和转移过程中发挥重要调控作用。现有的研究大部分聚焦于主要类型的IV型胶原蛋白（α1.α1.α2），而对次要类型IV型胶原蛋白（α3.α4.α5和α5.α5.α6）的研究较少。本项目将利用前期工作中制备的Col4a5基因敲除小鼠与肺癌小鼠模型，结合生物化学与细胞生物学实验体系，研究次要类型IV型胶原蛋白在肿瘤发生发展过程中的功能和作用机制；阐明肿瘤细胞与血管内皮细胞来源次要类型IV胶原蛋白在肿瘤发展中的功能；鉴定IV型胶原蛋白α5链的下游关键胞内信号转导通路；揭示IV型胶原蛋白α5链调控胶原蛋白受体DDR1稳定性的分子机制，鉴定其泛素化修饰相关E3连接酶；鉴定IV型胶原蛋白α5链结合DDR1受体的分子表位，筛选并鉴定针对IV型胶原蛋白α5链与DDR1结合的功能性阻断抗体，研究其对肿瘤生长的抑制效应。

IV型胶原蛋白作为基底膜的重要组成，在恶性肿瘤发展和转移过程中发挥重要调控作用。现有的研究大部分聚焦于主要类型的IV型胶原蛋白（a1a1a2），而对次要类型IV型胶原蛋白（a3a4a5和a5a5a6）的研究较少。本项目利用前期工作中制备的Col4a5基因敲除小鼠与肺癌、乳腺癌等肿瘤小鼠模型，结合生物化学与细胞生物学实验体系，研究次要类型IV型胶原蛋白在肿瘤发生发展过程中的功能和作用机制，发现IV型胶原蛋白a5(IV)链通过肿瘤细胞自主性和非自主性的机制促进肿瘤发展。一方面，上皮细胞/肿瘤细胞中的a5(IV)链促进肿瘤细胞的增殖和迁移。进一步的工作发现a5(IV)的缺失导致胶原蛋白受体DDR1表达的下调及下游ERK信号的失活，而a1(IV)的缺失则不影响DDR1信号通路，从而揭示结构高度相似的IV型胶原蛋白分子通过不同的细胞表面受体与胞内信号通路发挥功能。发现IV型胶原蛋白a5链特异性地在luminal型乳腺癌中高表达，并通过转录因子Myc调控糖酵解相关酶的表达与肿瘤代谢。另一方面，间质细胞IV型胶原蛋白a5(IV)链通过肿瘤细胞非自主性的机制促进肿瘤发展。血管内皮细胞中的a5(IV)链促进血管形成与肿瘤血管新生。IV型胶原蛋白a5链在肝星状细胞活化过程中表达上调，其缺失减弱了肝损伤诱导的肝纤维化的发生。IV型胶原蛋白等基底膜蛋白的表达水平可以预测早期肝硬化病人的病理发展、肝癌发生和存活等预后指标。